Hochpräzise Locherkennung in Bandstahl durch Bildverarbeitung: Innovative Qualitätskontrolle

Contact Image Sensor erkennt kleinste Löcher in Stahlbändern

InDeep Solutions und phil-vision entwickeln ein innovatives Inspektionssystem für TI Fluid Systems, das mit höchster Genauigkeit kleinste Löcher in Stahlbändernfür die Automobilindustrie detektiert.

AxCIS contact image sensor inspecting steel strip for smallest holes

Unser Kunde InDeep Solutions hat sich auf Komplettlösungen für die Qualitätskontrolle in der Produktion und die industrielle Prozessüberwachung spezialisiert, wobei der Schwerpunkt auf der Inline-Inspektion in verschiedenen Produktionslinien liegt. Mit mehr als einem Jahrzehnt Erfahrung in der Prozessautomatisierung hat das Unternehmen ein innovatives Inspektionssystem für TI Fluid Systems entwickelt. Das Unternehmen produziert Bandstahl für die Automobilindustrie, der zu Rohren für Brems- und Kraftstoffleitungen weiterverarbeitet wird. Je nach Spezifikation des Endkunden werden diese Stahlbänder mit Kupfer oder Nickel beschichtet.

Schwachstellen des bisherigen Inspektionssystems

Früher verwendete TI Fluid Systems ein kamerabasiertes System, das in 3 Meter Höhe über den Stahlbändern angebracht war. Dieses System erforderte eine komplexe Kalibrierung und war häufig ungenau, was zu zahlreichen fehlerhaften Erkennungen und Betriebunterbrechungen führte. Diese Unzulänglichkeiten machten die Entwicklung einer zuverlässigeren Inspektionslösung erforderlich.

Anforderungen an das System

Das Inspektionssystem muss in der Lage sein, jedes potenzielle Loch mit einer Größe von mindestens 1 mm in Stahlbändern zu erkennen, die sich mit einer Geschwindigkeit von 95 Metern pro Minute (1580 mm/s) bewegen. Angesichts der kritischen Anwendung dieser Stahlbänder in Hydraulikleitungen für Brems- und Kraftstoffsysteme in Kraftfahrzeugen ist die genaue Erkennung von Löchern entscheidend, um schwerwiegende Folgen zu vermeiden.

transport of steel strip to be inspected for holes by machine vision system

Entwicklung des neuen Prüfsystems

AxCIS contact image sensor mounted above steel strip for detection of holes

InDeep experimentierte zunächst mit einem Laser-Profiler, um die Prüfanforderungen zu erfüllen. Die Tests ergaben jedoch, dass die Frequenz und Auflösung nicht ausreichten, um die von TI Fluid Systems geforderten kleinen Löcher zu erkennen.

Auf der Suche nach einer passenden Lösung wandte man sich an die Bildverarbeitungsexperten von phil-vision. Dank ihrer umfangreichen Erfahrung aus zahlreichen Integrationsprojekten mit Teledyne Dalsa Komponenten erwiesen sie sich als optimaler Partner für die Auswahl geeigneter Kameratechnik. Die Spezialisten schlugen vor, den eigentlich für Batterieinspektionen und Druckbildkontrollen entwickelten Contact Image Sensor AxCIS für einen komplett anderen Einsatzzweck zu nutzen und eine alternative Beleuchtung zur Bewältigung der Aufgabe einzusetzen.

Daraufhin entschied sich InDeep einen Contact Image Sensor zu testen und wählte den kompakten AxCIS Mono (18628x2) von Teledyne Dalsa, einen hochauflösenden Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor, der speziell für anspruchsvolle Bildverarbeitungsanwendungen entwickelt wurde. In Kombination mit einem Xtium2 CameraLink HS Frame Grabber ermöglicht dieser Sensor in einem kompakten Gehäuse einen kurzen Arbeitsabstand und eine vereinfachte Installation, ohne dass eine komplizierte Verkabelung, komplexe Ausrichtung oder Kalibrierung erforderlich ist. Durch die Datenverbindung über Lichtwellenleiter eignet sich der AxCIS auch für den Einsatz in rauen Umgebungen.

Der Sensor ermöglicht eine hohe Erfassungsrate. Für diese Anwendung wurde sie auf 10kHz festgelegt, was eine minimale Auflösung von 0,15 mm in Laufrichtung ergibt. Die Auflösung über die Breite des Stahlbandes ist sogar noch höher: 0,022 mm. Diese Genauigkeit gewährleistet eine gute Fehlererkennung.

Die Messungen werden in Blöcken von 4.000 Zeilen erfasst, verarbeitet und blockweise übertragen. Dadurch wird die CPU-Belastung reduziert und gleichzeitig eine schnelle Reaktionszeit von 0,4 Sekunden beibehalten. Jedes erzeugte Bild wird sofort nach seiner Freigabe analysiert. Während der Verarbeitung wird parallel das nächste Bild erzeugt.

Tests und Ergebnisse

InDeep hat umfangreiche Tests durchgeführt, die die Zuverlässigkeit des Systems bei der Erkennung aller Löcher ohne Fehlalarme belegen. Die erreichte Auflösung übertrifft die des alten kamerabasierten Systems, gleichzeitig wurde die Anzahl der Fehlalarme deutlich reduziert. Darüber hinaus ist das System in der Lage, die Position jedes Lochs genau zu bestimmen.

InDeep hat für den Kunden eine maßgeschneiderte Software entwickelt, die hochauflösende Bilder liefert und die Fehlererkennung durch spezielle Funktionen zur Hervorhebung von Fehlern verbessert. Diese Software spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienz des Systems und wird von TI Fluid Systems sehr geschätzt.

Die Software ist sehr anwenderfreundlich. Die Konfiguration ist einfach, und wenn sie abgeschlossen ist, ist kein weiteres menschliches Eingreifen erforderlich.

Beispielbild mit einem Defekt der kaum zu erkennen ist.

defect of holes of at least 1mm in size, barely visible

In der Vergrößerung wird der Fehler sichtbar

zoom of the hole detected by inspection system

Die Fehlererkennung basiert auf dem Überschreiten von Schwellenwerten. Zunächst wird die Kante als der erste Punkt unterhalb des in der Registerkarte Konfiguration angegebenen Pegels definiert. Löcher werden dann erkannt, wenn der Wert, den ebenfalls in den Einstellungen definierten Maximalwert überschreitet. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für die Erkennung.

Aufgrund der sehr hohen Auflösung und der geringen Größe der Löcher werden die Fehler mit einem roten Rechteck markiert, damit die Bediener wissen, wo sie suchen müssen. Die Software kann die letzten 10 erkannten Löcher anzeigen. Außerdem werden alle erkannten Fehler 6 Monate lang auf der Festplatte gespeichert.

user interface where defects are highlighted with a red rectangle for operator to check

Zusammenarbeit mit phil-vision

Nachdem inDeep-Solutions das Projekt ursprünglich mit einem Laser Profiler umsetzen wollte, dieser aber nicht die gewünschten Ergebnisse lieferte, wandten sie sich an phil-vision. Aufgrund der langjährigen Erfahrung aus unterschiedlichsten Integrationsprojekten mit Kameras und Bildverarbeitungs-Komponenten von Teledyne Dalsa war das Systemhaus aus Puchheim der perfekte Partner bei der Auswahl und Lieferung der geeigneten Komponenten.

Die Spezialisten empfahlen, den eigentlich für Batterieinspektion und Druckbildkontrolle entwickelten Contact Image Sensor AxCIS zu „zweckentfremden“ und eine andere Art der Beleuchtung zu verwenden, um die Aufgabe zu lösen. Da es sich bei den AxCIS-Sensoren eigentlich um baukleine quasi-telezentrische Zeilenkameras handelt, eignen sie sich auch hervorragend für hochgenaue Vermessungsaufgaben. phil-vision ermöglichte daraufhin die Leihe eines Testsensors für Machbarkeitsstudien und unterstützte bei der Sensortaktung, Programmierung und Softwareintegration und trug so zur erfolgreichen Umsetzung des Inspektionssystems bei.

Zusammenfassung

InDeep Solutions hat erfolgreich ein fortschrittliches Inspektionssystem für TI Fluid Systems entwickelt, das die Herausforderungen des bisherigen Systems löst. Durch den Einsatz des AxCIS-Sensors von Teledyne Dalsa und einer kundenspezifischer Software bietet das neue System eine überlegene Auflösung, Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Erkennung kleiner Löcher in Stahlbändern. Die Zusammenarbeit mit phil-vision und der Einsatz des Hochgeschwindigkeits Contact Image Sensors von Teledyne Dalsa war entscheidend für das Erreichen dieser Ergebnisse und stellt für den Kunden eine erhebliche Verbesserung der Qualitätskontrolle in der Produktion dar.

inDeep Solutions hat sich auf die Entwicklung innovativer, leistungsstarker Lösungen spezialisiert, die auf die spezifischen Bedürfnisse der modernen Industrie zugeschnitten sind. Gegründet auf den Prinzipien von Präzision, Effizienz und technologischer Kompetenz, widmet sich das Unternehmen der Entwicklung fortschrittlicher Systeme, die Produktionsprozesse rationalisieren, die Qualitätskontrolle verbessern und die Betriebssicherheit erhöhen.

Mit einem starken Fokus auf Automatisierungs- und Detektionstechnologien ist InDeep Solutions zuverlässiger Partner für Kunden, die nach hochmodernen Werkzeugen zur Bewältigung anspruchsvoller Herausforderungen suchen. Dabei verbinden die entwickelten Lösungen Robustheit mit Benutzerfreundlichkeit und gewährleisten eine nahtlose Integration in bestehende Arbeitsabläufe.

Die phil-vision GmbH ist ein Spezialist für industrielle Bildverarbeitung und Computer Vision mit einem umfassenden Leistungsspektrum. Als Value-Add Distributor von Bildverarbeitungskomponenten führender Hersteller gepaart mit langjähriger Integrationsexpertise, sind wir nicht nur ein Systemhaus mit klarem Mehrwert für unsere Kunden, sondern auch der ideale Berater und Partner für Integratoren bei der Auswahl geeigneter Bildverarbeitungskomponenten.

Basierend auf langjähriger Erfahrung entwickeln wir Bildverarbeitungs-Subsysteme und realisieren intelligente, maßgeschneiderte Lösungen für anspruchsvolle Bildverarbeitungsaufgaben in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen. Abgerundet wird das Leistungsspektrum durch ein umfangreiches Schulungsangebot zu verschiedensten Themen der Bildverarbeitung.

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